Najbardziej interesuje mnie stan najnowszych odkryć, szczególnie w tematach głośnych problemów otwartych, np. rejestracja neutrin reliktowych, odkrycie błędu systematycznego w szacowaniu stałej Hubble'a, jakieś obserwacje świadczące o istnieniu grawitonów (kwantów grawitacji)... Ostatnio pojawił się pomysł na poprawienie (pogorszenie) jakości wyników pomiarów stałej Hubble'a - dodatkowy błąd systematyczny, wcześniej nieuwzględniany - wynikający z perspektywy grawitacyjnej Pustki KBC, w której znajduje się nasza Grupa Lokalna Galaktyk (i Supergromada w Pannie, której jesteśmy częścią). Pomiary prędkości odległych galaktyk powinny ten błąd uwzględniać, ale jeszcze nie jest on dokładnie oszacowany. Optymistycznie też wygląda plan rejestracji neutrin reliktowych. Niestety nie słychać nic optymistycznego w kwestii grawitonów.
Na razie fizycy kombinują, jak wykryć szum grawitonowy za pomocą różnych pomysłowych interferencji i korelacji kwantowych. Niestety przekrój czynny na oddziaływanie z grawitonem jest zbyt mały, aby z mierzalnym prawdopodobieństwem zerwać korelację (np. zepsuć ostrość obrazu interferencyjnego). Zaobserwowanie utworzenia korelacji przez grawitony wirtualne (mediatory korelacji) wydaje się jeszcze trudniejsze. Wciąż czekamy na wymyślenie jakiejś sprytnej sztuczki, podobnej do tej, która pozwoli obserwować neutrina reliktowe, które są za słabe, żeby dały sią zaobserwować bezpośrednio.
Ta sprytna sztuczka jest opisana w jednej z ostatnich Uranii. Polecam, to bardzo ciekawy artykuł. W skrócie chodzi o obserwowanie rozpadu neutronów. Jak wiadomo, z rozpadu neutronu powstaje proton, elektron i antyneutrino. Innym źródłem protonów i elektronów jest pochłonięcie neutrina przez neutron. Porównując energię powstałych elektronów fizycy będą próbować wykryć populację elektronów o minimalnie wyższej energii, odpowiadającej pochłonięciu przez neutron reliktowego neutrina.
Może uda się fizykom wpaść na pomysł jeszcze sprytniejszy z grawitonami.
Tymczasem musimy zadowalać się intuicją. Mnie przekonuje intuicja związana z zakrzywieniem ruchu fotonów przez pole grawitacyjne. Przybliżony wzór na kąt odchylenia ma bardzo ciekawą konstrukcję. Zapis 4GM/c2R bywa czasem przerabiany do postaci 2(1+1)GM/c2R (a dokładniej 1+y, gdzie y=1). Intuicja tej komplikacji jest taka, że gdyby pole grawitacyjne było podobne do przyciągania elektrostatycznego (w przestrzeni niezakrzywionej), to kąt odchylenia byłby 2GM/c2R. We wzorze na odchylenie grawitacyjne y=1 symbolizuje dodatkowe zakrzywienie toru fotonu przez krzywiznę przestrzenni, którą symbolizuje litera gamma (y). Gdyby nie istniały grawitony, tylko samo zakrzywienie przestrzeni, wtedy kąt odchylenia też byłby 2yGM/c2R czyli w przybliżeniu 2GM/c2R. W sumie razem oddziaływanie grawitonowe plus zakrzywienie przestrzeni sumują się do wartości około 4GM/c2R. Mamy więc sumę efektów siły i zakrzywienia przestrzeni. A siła pochodzi z wymiany kwantów.
Niestety, ta intuicja nie jest niepodważalna, ponieważ 4GM/c2R jest przybliżeniem dobrym tylko w słabych polach grawitacyjnych. W silnych polach ta liczba jest większa, gdyż cały wzór jest o wiele bardziej skomplikowany, jak zresztą wszystkie wzory w teorii względności - im bardziej skrajne są warunki, tym wyraźniej widać, że przybliżenie coraz mocniej różni się od liniowego wzrostu. Coraz większa y obrazuje coraz silniej zakrzywioną przestrzeń, ale ta pierwsza jedynka we wzorze też przestaje być jedynką - trzeba zacząć o niej myśleć jak o mierze zakrzywienia czasu, gdyż fizycznie zakrzywiona jest czasoprzestrzeń, a nie osobno przestrzeń i osobno czas. Zakrzywienie przestrzeni i czasu rozpatrywanych osobno jest tylko matematyczną sztuczką.
Z drugiej jednak strony współrzędna czasowa czasoprzestrzeni bardzo różni się od współrzędnych przestrzennych. We wzorze na "odległość" ma inny znak niż współrzędne przestrzenne. W czasoprzestrzeni nie definiuje się odległości, gdyż nie ma ona tam sensu - nie jest czymś stałym, jak w przestrzeni. Zamiast odległości w czasoprzestrzeni definiuje się coś w rodzaju skrótu - od "odległości" w czasie odejmujemy odległość w przestrzeni. Jeżeli więc czasoprzestrzeń się rozciąga, zakrzywia lub kurczy, to czas i przestrzeń muszą rozciągać się i kurczyć proporcjonalnie, aby "skróty" między punktami zachowały tę samą długość.
Zakrzywienie czasu kojarzy się bardziej z cząstkami niż z falami, gdyż jest ono spowodowane przez przyspieszenie wywołane siłą, a siły muszą być zaczepione w cząstkach, nie w falach. Siły grawitacyjne jednak też rosną nieliniowo więc nie wydaje się już konieczna interpretacja kwantowa - wystarcza zakrzywienie czasoprzestrzeni jako całości. Nadal jednak czas jest wyróżniony - współrzędna czasowa jest jedna, a przestrzenne są trzy. A czym cząstki różnią się od fal? Poruszają się po trajektoriach jednowymiarowych.
Na zakończenie warto zwrócić uwagę na różnice między falą poprzeczną a podłużną. Fale podłużne z założenia wymagają modelu cząsteczkowego, gdyż są falami gęstości. Tylko fale poprzeczne mogą się rozchodzić w ośrodkach ciągłych. Jeżeli myślimy o czasie, jako jednej współrzędnej czasoprzestrzeni, to włącza się nam w umyśle model cząsteczkowy. Jeśli myślimy o przestrzeni, to patrzymy na rzeczywistość przez pryzmat modelu fal poprzecznych. Kiedy przeskakujemy myślą między tymi paradygmatami, to widzimy cząstki w postaci fal, a fale widzimy w postaci cząstek. Wykrycie modów podłużnych w falach grawitacyjnych byłoby silną przesłanką za tym, że grawitacja ma kwanty, podobne do fotonów.
Komentarze
Pokaż komentarze (5)